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Saccharomyces cerevisiae是白酒酿造过程中的重要微生物,在乙醇生成、挥发性物质生成等方面都具有重要作用；另一方面,S. cerevisiae又在多样的生态环境下受到多种环境压力获得菌株多样性。中国酱香型白酒因其独特的酿造工艺造就了具有37-50℃C高温、pH 2.5高酸及6-10%高浓度乙醇等胁迫因素的酿造环境,从而对其中的酿造微生物产生一定驯化作用。认识其中的S. cerevisiae在酿造过程中的生理代谢特征及其机制,对中国白酒的发展将具有现实意义,丰富了S. cerevisiae物种及我国传统食品酿造微生物物种多样性的知识,为菌种的开发利用提供理论指导。本文从贵州茅台镇某名优酒厂酱香型酒醅中筛选得到一株性能优良的菌株S. cerevisiae MT1 (CCTCC M 2014463),通过将其与模式菌株S. cerevisiae S288c (ATCC 204508)及葡萄酒、啤酒、清酒等酿造菌株比较,研究了其生理代谢特征,并首次在比较基因组学及转录组学的水平上系统分析了相关机制。主要研究内容与结果如下：(1)首先从酱香型酒醅中筛选得到一株优良发酵菌株S. cerevisiae MTl,通过与模式菌株S288c及葡萄酒、啤酒、清酒、黄酒等酿造菌株比较,研究发现MT1具有较高的环境耐受力,可以耐受高温42℃,16%高浓度乙醇(体积比),pH 2.0高酸度。另外对MT1和S288c在发酵动力学、挥发性物质生成及碳氮源利用等生理生化方面进行了研究。MT1具有高效的发酵性能,MT1在不仅可以更好地生长且可以更快地利用糖原料产生乙醇,其最大比生长速率和最大比产乙醇速率分别达到了S288c的125%和114%,其乙醇转化率高出S288c 6.5个百分点。同时,MT1产风味物质丰富,其苯乙醇、法呢醇、橙花叔醇、乙偶姻和大马酮量都要高于S288c,且一些挥发性物质只有在MT1的发酵液中可检测到,包括2,3-二氢苯并呋喃、4-乙烯基愈创木酚以及丁羟甲苯等。MT1可以同化利用多种碳源,如葡萄糖、蔗糖、半乳糖、木糖、阿洛酮糖、麦芽糖、蜜二糖、松二糖、海藻糖和棉子糖等。(2)测定了MT1的全基因组序列并将其与模式菌株S288c进行了比较。MT1基因组大小约为11.62 Mb,GC%为38.079%,共有5106个开放阅读框(ORFs),5个完整的rRNA基因,312个tRNA基因。与S288c比较,MT1全基因组共有58960个SNPs,6474个Indels和183个CNVs,存在倒位和大片段的缺失两种染色体结构变异,并具有145个特有基因及695个缺失基因。特有基因主要与Stress response、Carbohydrate metabolic process、Biosynthetic process、Organic substance metabolic process等有关,其中MEL1和MAL类基因分别是蜜二糖和麦芽糖代谢的关键基因,KHR1、B1O1和BI06则与高竞争力和生物素原养型密切相关；而缺失基因大多与DNA binding、RNA binding、 Zinc ion binding、Structural constituent of ribosome等有关。另外,通过PCR验证及基因敲除分别对特有基因的存在以及功能分别进行了验证。(3)利用RNA-seq比较研究了MT1和S288c在pH 6.0高粱汁培养基条件下的基因表达,同时采用荧光定量PCR方法验证了RNA-seq结果的可靠性。与S288c相比,MT1的大多数下调基因与细胞的繁殖生长有关,如Nucleotide metabolism、Translation、 Cell growth and death等,其中下调了84个基因的Ribosome最为明显；而上调基因则大多与细胞生理代谢密切相关,如碳源代谢和能量代谢非常活跃,其中以上调12个基因的TCA循环和上调18个基因的氧化磷酸化代谢最为显著。综上所述,与S288c相比,MT1侧重于高表达生理代谢而不是细胞生长的相关基因,这很有可能是MT1的高效发酵性能的原因所在。(4)比较研究了MT1和S288c的HXT家族基因表达量。在葡萄糖浓度高于70 g·L-1条件下,在S288c中受高浓度葡萄糖抑制表达的HXT5和HXTl3在MT1中仍然高表达,其表达量分别达到S288c的3倍和211倍。以葡萄糖单一碳源发酵为对照组并以S288c为参照菌株,对MT1的混合碳源发酵进行了研究。耗糖动力曲线表明MT1在对数生长期的初期就已经开始利用除葡萄糖之外的另外一种碳源,尤其是半乳糖,MT1几乎同时利用葡萄糖和半乳糖；生长曲线也表明MT1在多碳源发酵条件下没有二次生长现象。由此可以看出,MT1具有不同于其他菌株的糖类同化吸收机制。(5)利用RNA-seq比较研究了MT1和S288c在pH 2.7高粱汁培养基条件下的基因表达。在高酸条件下,与酸耐受力密切相关的CIK1、HSP30、RPS27B、RPL31A等基因在MT1中显著上调。MTl为应对酸刺激而调动的主要代谢途径有15个,其中与S288c相同的8个应激代谢途径中,MT1调动的基因数量要远远多于S288c,如Translation上调表达71个基因,Cell growth and death上调表达13个基因,Nucleotide metabolism上调表达10个基因。此外,MT1的碳源代谢中HXK2和FKS1分别上调了13.12倍和10.98倍。综上所述,MT1通过积极调动核酸、氨基酸合成和转录翻译及损伤修复功能的基因来促进生长以弥补酸胁迫造成的损失,上调碳水化合物代谢相关的基因来促进新陈代谢等一系列积极主动措施来应对酸胁迫。另外,酸胁迫条件下,MT1可以有效降低产酸量以提高菌株耐酸力。